Aufwertung der Langlebigkeit von keramischen Baustoffen in der Kreislaufwirtschaft

1 Einleitung

Es war schon immer das Markenzeichen des Mauerwerks, dass es über Jahrhunderte hinweg Bestand hat. „Die wesentliche Eigenschaft eines Gebäudes sollte seine solide Beschaffenheit sein. Es ist viel zu teuer und zu unpraktisch, es immer wieder erneuern zu müssen”, sagte schon Marc-Antoine Laugier (1713-1769).

Dieses Zitat greift das Wesen des Mauerwerks auf, einem Material, das aufgrund seiner Beschaffenheit und Qualität seit Generationen Architekten und Bauherren zum Bauen herausgefordert hat. Dieses Argument wird heute von ganz anderen Trends infrage gestellt. Dazu gehört, dass man für ein ultrakurzes Leben entwerfen muss, weil sich Verbrauch und Technologie ständig ändern. Mauerwerksbauten müssen sich heute sowohl der Forderung nach schnellem Bauen als auch dem Mangel an qualifizierten Handwerkern stellen. Aber, Qualität hat schon immer Geld gekostet und wird immer gefragt sein.

Trends, die Ziegel als Baumaterial für Mauerwerk besonders herausfordern, sind:

Die Herstellung von Dachziegeln und Ziegeln erfordert einen hohen Energieaufwand. Vergleicht man den Energieverbrauch für die Herstellung, die sogenannte „graue Energie”, direkt pro m² Fassade, dann schneiden leichte Fassadenbekleidungsmaterialien wie Metall, Holz und dergleichen besser als Mauerwerk ab

Gestiegene Anforderungen an die Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden haben zusammen mit den sich rasch ändernden Anforderungen an den Wohnraum zu einem Bedarf an teuren Renovierungen bestehender Gebäude geführt. Dies hat einige Gebäudedesigner zu der Schlussfolgerung veranlasst, dass der künftige Änderungsbedarf so schnell kommen wird, dass Gebäude nur für eine Lebensdauer von 50 oder sogar nur 20 Jahren ausgelegt werden sollten

Dabei wird vergessen, dass alte Gebäude oft die wertvollsten sind. Selbst alte Industriebauten aus Mauerwerk sind so attraktiv, dass sie zu Hotels, Konferenzzentren usw. umgebaut werden. 

Wenn die Lebensdauer eines Gebäudes aber auf 50 oder sogar nur 20 Jahre sinkt, dann wird im Vergleich zwischen Mauerwerk und anderen Baumaterialien natürlich die graue Energie für den Ziegel überbewertet. Eine kurze Lebensdauer von Gebäuden ist aber nur dann relevant, wenn alle Baumaterialien effektiv recycelt werden können.

Wie kann die Keramikindustrie auf diese Trends reagieren? Die Kreislaufwirtschaft ist für die Mauerwerksindustrie kein Fremdwort – Fliesen und Ziegel werden seit jeher wiederverwendet. Doch heute gibt es weitere Herausforderungen, aber auch Chancen, die in diesem Artikel behandelt werden.

2 Wiederverwendung von Ziegeln

Das Recycling von Ziegeln könnte als eine Bedrohung für die Ziegelindustrie angesehen werden, da jeder recycelte Ziegel einen neuen ersetzt. Gleichzeitig könnte man befürchten, dass jeder recycelte Ziegel, der die Anforderungen für neue Ziegel nicht erfüllt, dem Ruf des Mauerwerks im Allgemeinen schaden könnte. Zunächst einmal ist es möglich, bei der Beurteilung recycelter Ziegel weitgehend die gleichen Testmethoden wie für neue Ziegel anzuwenden. Über Stichproben und statistische Berechnungen, die die größere Verbreitung berücksichtigen, können sichere Werte für Druckfestigkeit, Dichte, Wasseraufnahme usw. deklariert werden.

Besondere Anforderungen müssen an den Abbruch und die Kontrolle auf umweltschädliche Stoffe, die das Mauerwerk während seiner Lebensdauer kontaminiert haben könnten, gestellt werden. Dies gilt für alle abgebrochenen Baustoffe. In Dänemark gibt es eine allgemeine Vorschrift, dass vor dem Abbruch eines Bauwerks eine Umweltprüfung durchgeführt werden muss.

Es kann nicht erwartet werden, dass die Haltbarkeit einer Charge recycelter Ziegel so einheitlich ist wie die von neuen Ziegeln, da die Unterschiede größer sind. Das heißt, für eine solche Charge wird es immer einen bestimmten Prozentsatz an Ziegeln mit einer reduzierten Haltbarkeit geben. In Dänemark bedeutet dies, dass Mauerwerk mit recycelten Ziegeln nicht für Expositionsklassen über der Expositionsklasse MX3.1 empfohlen wird [1]. Außerdem muss man in Kauf nehmen, dass einige Ziegel verwittert sind. Dies ist nicht gefährlich für die Unversehrtheit des Mauerwerks, und es ist auch kein ästhetisches Problem, wenn man ein rustikales Aussehen mit alten und vernarbten Ziegeln haben möchte. Daher stellen recycelte Ziegel keine Gefahr für das Mauerwerk dar, wenn man die Richtlinien befolgt und die Ziegel auf der Grundlage eines statistischen Systems prüft. Im Gegenteil – es ist eine großartige Geschichte:

3 Bewertung des Verwertungspotenzials von alten Ziegeln

In Dänemark fallen derzeit 300 000 bis 400 000 t Mauerwerksabfälle pro Jahr an [2], die meist zerkleinert und auf Deponien entsorgt werden. Das theoretische Potenzial für die Wiederverwendung von Ziegeln wird mit 47,3 Mio. Ziegeln [3] (oder ca. 120 t Ziegeln) berechnet. Dies entspricht etwa 12 % der derzeitigen Herstellung von neuen Ziegeln, bei denen es sich hauptsächlich um Fassadenziegel handelt. Die Kapazität der derzeit einzigen Firma, die Ziegel reinigt, liegt bei ca. 8 Mio. Ziegeln pro Jahr, und diese Firma hat immer noch Schwierigkeiten, qualitativ hochwertige (Verblend-)Ziegel zum Reinigen zu finden. Dies bedeutet, dass die tatsächliche derzeitige Wiederverwendung weniger als 2 % des dänischen Ziegelmarktes ausmacht. Selbst wenn mehr Unternehmen damit beginnen, Ziegel auf professionelle Weise und mit vollständiger Dokumentation zu reinigen und zu verkaufen, ist klar, dass dies ein Nischenprodukt sein wird.

Ein weiterer aktueller Trend ist dabei der Einsatz im Innenraum für Dekorationszwecke. In vielen europäischen Ländern werden Ziegel zumeist als tragende Einheiten verwendet. Welches Potenzial hat die Wiederverwendung von tragenden Ziegeln aus Innenwänden? Sie können nur als Innenwände (Expositionsklasse MX1) wiederverwendet werden, bei denen es keine Anforderungen an die Frostbeständigkeit und keine Probleme mit Farbvariationen gibt. Es muss eine neue Dokumentation vorgelegt werden (durch Tests und mithilfe von Statistiken). Außerdem ist es ratsam, eine Übersicht über typische Merkmale zu erstellen, um zu sehen, ob zuverlässige Werte für die Druckfestigkeit usw. erhalten werden können. Ferner ist interessant zu wissen, ob es einen lokalen Markt dafür gibt und wer das Ganze durchführen wird.

Es ist zu beachten, dass nur Vollziegel zur Reinigung und Wiederverwendung geeignet sein werden, da Loch- und Hohlblockziegel für diese mechanische Reinigung nicht geeignet sind und mit Mörtel oder Beton gefüllte Ziegel nicht als Hohlblocksteine wiederverwendet werden können.

4 Upcycling versus Downcycling

Die Forderung der Verbraucher lautet: Es muss nachhaltig sein! Die Keramikindustrie wird einem großen Druck von Kunden ausgesetzt sein, die sich für alternative Materialien entscheiden, weil sie denken, diese seien nachhaltiger als Ziegel. Es ist wichtig, diesen Trend aufzugreifen und sich an der Diskussion darüber zu beteiligen, was eigentlich die nachhaltigere Lösung ist: Upcycling oder Downcycling?

Gegenwärtig wird viel über die neuartige Wiederverwendung von Baumaterialien und die Förderung dieser “guten Beispiele” erzählt. Die Begeisterung der Architekten geht dahin, neue und spezielle Verwendungsmöglichkeiten für einzelne Bauprodukte zu erfinden. Die Ziegelindustrie muss die Geschichtenerzähler durch Fragen herausfordern:

Ist Upcycling wirklich immer die nachhaltigere Lösung?

Was sind die Kosten für das Upcycling, z. B. für den Transport?

Ist die Wiederverwendung nur eine Politik der Wiederverwendung oder sogar „green washing”? (Der Nutzen für die Umwelt sollte dokumentiert werden.)

Wie oft kann recycelt werden?

Wer übernimmt die Verantwortung für die Qualität der wiederverwendeten Produkte?

Was ersetzt das recycelte Material? Setzt man auf Wert oder Menge?

5 Rohstoffe aus Mauerwerksabfällen

Die Menge an recycelten Ziegeln wird, wie oben erläutert, nur einen kleinen Teil des Marktes ausmachen. Aber auch dann bleibt Mauerwerk eine potenzielle lokale Ressource für Sekundärrohstoffe von hohem Wert.

In Dänemark werden 95 % des gesamten abgerissenen Mauerwerks recycelt, ein großer Teil davon ist Downcycling. In der Praxis wird zerkleinertes Mauerwerk in der Regel als Deponie- und Straßensubstrat wiederverwendet. Es wurde kritisiert, gutes Material zu zerkleinern und auf einer niedrigeren Wertstufe einzusetzen. Tatsächlich aber ersetzt es Sand, der weltweit immer knapper wird. Es spart Energie, wenn Bau- und Abbruchabfälle vor Ort wiederverwendet werden, anstatt neuen Sand aus der Ferne zu transportieren.

Doch gebrochenes Mauerwerk ist als tragfähiger Untergrund für Straßen nicht optimal geeignet. Deshalb sollte weiter untersucht werden, wie gebrochenes Mauerwerk Sand bei der Herstellung von Baustoffen besser ersetzen kann. Gebrochenes Mauerwerk hat typischerweise einen relativ hohen Gehalt an Quarz und Kieselsäure. Abgebrochene Ziegel haben bekanntlich einen Puzzolan-Effekt, der z.B. in Mörteln genutzt werden kann. Dieses Potenzial sollte weiter erforscht werden. Das Dänische Technologische Institut (DTI) arbeitet derzeit an der Initiierung von F&E-Projekten, die sich auf die Nutzung dieser Ressourcen konzentrieren, z.B. als Zusatzstoff für die Tonmasse. Hier kann gebrochenes Mauerwerk Sand ersetzen und möglicherweise sogar positive Effekte für die Keramik erzielen.

Das DTI hat vor Kurzem auch für Danske Tegl Studien durchgeführt, die zeigen, dass andere Arten von Industrieabfällen dem Ton zugesetzt werden können und eine positive Wirkung haben. In dänischem Ton konnte im Labormaßstab eine Verringerung der Wasseraufnahme der gebrannten Keramiken nachgewiesen werden. Es ist die Aufgabe der Keramikindustrie, solche Potenziale zu erkennen und zu nutzen, um ein Teil der Kreislaufwirtschaft zu werden. Wenn Keramikhersteller Bauabfälle oder andere Abfälle aufkaufen und als Ressource in der Produktion nutzen können, dann hat das zwei positive Effekte: Die neuen Ziegel werden ein umweltfreundlicheres Profil haben, und es wird das Potenzial des Recyclings von zukünftigem Mauerwerk zu wertvollen Produkten verbessern.

Man könnte sogar ganze Ziegel aus Abbrüchen „ernten” und die Reste als wertvollen Rohstoff in der industriellen Produktion einsetzen. Dies verleiht der gesamten Keramikindustrie ein noch umweltfreundlicheres Profil.

6 Wege für eine Kreislaufwirtschaft

Durch eine weitere Nutzung eines Gebäudes wird die Wiederverwendung des größten Teils oder des gesamten Baumaterials sichergestellt. Natürlich sollte dies an den Kosten und dem Einsatz von Ressourcen für die Beheizung und den Erhalt des Gebäudes in gutem Zustand gemessen werden. Um die Langlebigkeit künftiger Gebäude zu erleichtern, ist es notwendig, das Design zu optimieren und qualitativ hochwertige und wartungsarme Materialien zu verwenden. Hersteller von Ziegeln entwerfen keine Gebäude. Sie können aber, durch ihre technischen Berater und indem sie sich an der Entwicklung von Design und Wissen beteiligen, durchaus ihren Einfluss ausüben. Das Gebäudedesign ist für die Langlebigkeit der Bauten von großer Bedeutung. Dies gilt nicht nur für die Beständigkeit von Fassaden gegenüber Wetter und Wind, sondern auch für die Gebäudegestaltung hinsichtlich einer flexiblen Nutzung.

Es ist wichtig, den Wert von Baumaterialien zu verbessern. Wenn ein Baumaterial einen hohen Wert an grauer Energie hat, werden Architekten dazu tendieren, weniger davon zu verwenden, oder sie werden versuchen, es „mehr leisten” zu lassen. Dies könnte in Form einer tragenden Fassade geschehen. Es gibt großartige Beispiele aus der niederländischen Architektur, wo die traditionelle Konstruktion umgekehrt wird, sodass die Ziegelfassade (als Verkleidung) ebenfalls tragend ist. Dies wird zukünftig sowohl den Wert des Ziegels steigern als auch mehr Möglichkeiten für die Renovierung des Innenraums, der Dämmung usw. gewährleisten und damit die Langlebigkeit des Gebäudes erhöhen.

7 Erleichterung der zukünftigen Wiederverwendung

Der nächste Schritt nach der Weiternutzung des Gebäudes besteht darin, die künftige Wiederverwendung der Baumaterialien zu erleichtern. Das wird ein Vorteil im Wettbewerb um nachhaltige Bauprodukte sein und ist insbesondere bei Produkten mit langer Lebensdauer und hohem Energiegehalt von Bedeutung.

Das Konzept, „Design for Disassembly“ DfD (Design zur Demontage) wird durch eine Reihe von Richtlinien erläutert, die ursprünglich von P. Crowther entwickelt wurden [4]. Diese Richtlinien sind in der internationalen Norm ISO 20887:2020 „Nachhaltigkeit in Gebäuden und Bauwerken des Hoch- und Tiefbaus“ enthalten [5].

Beispiele für Richtlinien sind in »Tabelle1 dargestellt, mit einer Erläuterung der Konsequenzen für keramische Baumaterialien.Die Herausforderungen sollten von der Keramikindustrie angegangen werden:

1) Es gibt Möglichkeiten, schwächere Mörtel zu verwenden, sodass Ziegel und Mörtel leichter voneinander getrennt werden können. Das System wird als „Vorspannung von Mauerwerk” [6] bezeichnet und wurde sowohl in den USA als auch in Dänemark entwickelt, das dänische System von CCL Scandinavia und dem DTI für bis zu zweistöckige Gebäude

2) siehe 1) oder: Entwickeln Sie mechanische Systeme zum Verbinden von Ziegeln. Fortschritte wurden von der niederländischen Firma „Drystack” [7] gemacht

3) Die Aufbewahrung von Informationen und Dokumentationen für Ziegel kann nicht durch Markierungen oder Kennzeichnung der Ziegel erfolgen. Deshalb ist es ratsam, sich an der Entwicklung von BIM zu beteiligen, um diese Informationen im digitalen Gebäudemodell zu speichern

8 Freiwillige Standards vs. zukünftige Regulierung

In Dänemark gibt es freiwillige Energieklassen, die strenger sind als die gesetzlich vorgeschriebenen. Dieser Ansatz spricht „Vorreiter“ an und fördert die Entwicklung neuer Technologien. Vorreiter finden es attraktiv, ein Niveau zu erreichen, das über die Vorschriften hinausgeht – und sie sind bereit, mehr dafür zu zahlen.

Die dänische Bauindustrie schlägt nun vor, dasselbe für die Nachhaltigkeit zu machen: eine freiwillige Klasse zu entwickeln, um auf zukünftige Anforderungen vorbereitet zu sein. Aber es ist schwieriger, Nachhaltigkeit zu messen als den Energieverbrauch. Deshalb ist es wichtig, sich an der Entwicklung von Normen und Vorschriften zu beteiligen und an der Entwicklung von Lösungen für die Kreislaufwirtschaft mitzuwirken. Dies gilt auch für Baumaterialien, die Jahrhunderte überdauern.

Regelungen für die Kreislaufwirtschaft sind auf dem Weg. Erst kürzlich hat die Europäische Kommission einen neuen Aktionsplan für die Kreislaufwirtschaft [8] lanciert. Der Plan schlägt Initiativen in mehreren Bereichen vor und weist Bauen und Gebäude als eine von sieben zentralen Produktwertschöpfungsketten aus. Der Plan schlägt eine Gesetzgebungsinitiative für nachhaltige Produktpolitik vor, dazu gehört auch die Erhöhung des Recyclinganteils in Produkten.

Um sich auf die zukünftigen Normen und Vorschriften vorzubereiten, ist es für die Keramikindustrie unerlässlich, jetzt zu handeln.